全天候在轨智能清洁机器人设计

2018-08-28 07:12宋子诏
中国新技术新产品 2018年12期
关键词:智能机器人全天候

宋子诏

摘 要:针对当前铁路轨道上垃圾横飞和异物入侵而导致的交通事故,本文设计了智能清洁机器人,该机器人通过使用轨道机器人移动载体实现在轨道上的运动,利用轨道脱离与列车避让机构实现机器人与列车的避让,从而实现并发工作机制功能,提高轨道运行利用率。机器人车体搭载了异物清理与垃圾回收装置等,实现对轨道垃圾的清理功能。该机器人对降低铁路系统交通事故率和运营成本、提高铁路运行效率起到十分重要的作用。

关键词:轨道清洁;智能机器人;全天候;在轨工作

中图分类号:TP24 文献标志码:A

0 引言

当今世界大量高铁线路拔地而起并成片联网运营。根据铁道部相关数据,近几年由于铁路垃圾、异物及异物入侵造成的交通事故多达数万起,占铁路交通事故的90%,造成数万人死亡、千人受伤,直接经济损失达上百亿元。目前铁路轨道垃圾清理多依靠人工,自动化装置还未投入实际使用。人工作业不仅浪费了大量财力和物力,而且还存在很大风险。

1 全天候在轨智能清洁机器人整机组成

基于上述难题和需求,本文研发了全天候在轨智能清洁机器人,如图1所示。

该机器人主体为轨道车结构,两端设置了轨道脱离和避让机构实现机器人与列车的避让功能,从而使机器人与列车可并发工作,提高工作效率。异物清理与垃圾回收装置则可实现对轨道上的垃圾进行清理和清除,尤其是对于大型异物,可通过机械臂进行搬离,可有效避免列车与异物的碰撞。传感器融合模块则可实现对列车是否到来信号的检测,从而通知机器人进行提前避让列车;同时该模块还包括异物入侵判别模块等,可实现对入侵至铁路系统的动物或人进行警告并驱离。控制与能源模块不仅可实现对机器人的智能全自主控制,而且还通过能源搜集模块实现能量捕获,从而使得机器人能量具有持续性,保证全天候在轨工作。

2 全天候在轨智能清洁机器人研发

从图1中可以看出,清洁机器人包括机器人移动载体、轨道脱离与列车避让机构等,具体部件设计如下:

机器人移动载体包括轨道机器人本体、轮组行走部件和行走驱动部件。通过驱动行走驱动部件中的电机部件运转,带动轮组行走部件中的车轮转动,进而带动机器人移动载体以及上部的各类设备运动。该运动包括:前后、后退、转弯和停止等运动类型。

轨道脱离与列车避让机构主要实现对列车的避让功能,是机器人的核心部件,包括本体位移滑台、横向支撑旋转臂、垂向支撑摆动臂、轨道夹具。轨道夹具可实现对轨道的夹持或释放功能,横向支撑旋转臂则可实现本体位移滑台相对垂向支撑摆动臂旋转,而垂向支撑摆动臂可实现横向支撑旋转臂相对轨道夹具的角度变换。上述变换过程主要发生在轨道夹具夹紧轨道时,以轨道夹具为参照点,垂向支撑摆动臂发生角度变换、横向支撑旋转臂发生角度转动、本体位移滑台位置移动,最终带动机器人移动载体实现相对轨道的位置和角度变换功能,实现对列车的躲避功能。

该结构具体实现避让列车的步骤如下:

(1)列车到达前,机器人移动载体停止行走并停止清理垃圾、停止清洁轨道;本体位移滑台中滑台驱动电机正转,滑块向下运动,带动横向支撑旋转臂、垂向支撑摆动臂和轨道夹具下降。

(2)紧接着轨道夹具位移电机实现伸长运动,带动轨道夹板实现对轨道夹紧运动;本体位移滑台中滑台驱动电机正转,滑块向下运动,轨道机器人移动载体开始相对轨道脱离与列车避让机构上升,从而脱离轨道,开始运动至轨道正上方,如图2(a)所示。

(3)然后轨道机器人移动载体被抬升至正上方后,横向中段旋转电机正转,横向首段支撑臂相对横向末段支撑臂转动,进而带动本体位移滑台以及机器人移动载体旋转,此时轨道机器人移动载体被旋转至横向状态,如图2(b)所示。

(4)此后滑台驱动电机正转,轨道机器人移动载体继续通过被本体位移滑台发生位移运动,本体位移滑台发生位移变化,向轨道外侧移动,开始从轨道上方脱离轨道上部空间。

(5)上述步骤完成后,横向中段旋转电机正转,轨道机器人移动载体会被旋转至超越横向状态,机器人移动载体处于轨道外侧且其最顶端触碰地面;机器人移动载体顶端触碰路面后,垂向中段摆动电机正转,垂向首段支撑臂以及与其相连的本体位移滑台、轨道机器人移动载体等相对垂向末段支撑臂向轨道外侧摆动,机器人移动载体继续远离轨道,如图2(c)所示。

(6)机器人移动载体离开轨道后,轨道夹具位移电机实现收缩运动,带动轨道夹板263实现对轨道释放功能,轨道夹具从轨道得以释放;横向中段旋转电机继续正转,垂向末段支撑臂相对垂向首段支撑臂摆动,进而带动轨道夹具向轨道外侧摆动,最终实现脱离轨道功能,实现对列车的避让,图2(d)。

当轨道脱离与列车避让机构避让列车后,重新回到轨道上方的步骤与上述相反。

异物清理与垃圾回收装置包括:垃圾清理与异物清障机构、垃圾回收装置。垃圾清理与异物清障机构主要实现对轨道上垃圾、灰尘清理,对轨道及轨道周围的障碍物搬离或将入侵的异物进行驱离;垃圾回收装置则可实现对垃圾清理与异物清障机构收集的垃圾进行回收。

传感器融合模块包括:异物入侵识别机构、环境参数采集模块。异物入侵识别机构可实现对轨道智能清洁机器人前方轨道及轨道周围的大型垃圾、障碍物以及入侵的异物进行识别;环境参数采集模块则可实现对列车到来及离开信号的监测功能。

控制与能源模块主要实现对轨道智能清洁机器人的控制和通信功能,包括与外界信息交互功能,包括控制与通信模块、能源存储装置、能源获取装置、执行机构驱动模块等子模块。

结语

针对当然轨道垃圾和异物入侵对铁路系统造成的巨大损失,本文研发了具有轨道脱离和避让功能的全天候在轨智能清洁机器人,该机器人可实现自动能量采集,对轨道垃圾进行清理清洁并对入侵的异物进行警告和驅离功能。该机器人不仅可以大大降低铁路运营成本,而且可提高轨道垃圾清理效率,全面保障铁路系统的运营安全,对人民出行和国家安全稳定来说意义重大。

参考文献

[1]杨佳.列车垃圾:铁道沿线的老公害[J].防灾博览,2004(2):34.

[2]苏超光.广西实施境内铁路沿线清洁工程[N].广西日报,2007-06-14(002).

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